面向舰载机阻拦索的强冲击负荷磁流变阻尼器建模与半主动控制研究

舰载机阻拦索为解决现代舰载机着舰速度高、缆索横向负荷冲击大以及张力波动等问题，其缆索固定缓冲器采用液压型冲击吸收器，实际使用中发现阻拦装置在高速阻拦时，强冲击负荷常常使缆索的张力达到临界值，甚至有时超出缆索承受力的最大安全极限。为降低冲击振动，提高阻拦索的使用寿命同时保证舰载机着舰的安全性，拟采用磁流变智能阻尼器替代传统液压型冲击吸收器。该项目研究国内外还没有相关文献报道，属于前沿探索型课题。项目研究涉及舰载机着舰后阻拦索力学建模、面向阻拦索的强冲击负荷磁流变智能阻尼器力学建模、结构设计、瞬态响应分析以及半主动控制方法研究等。课题目标通过研究各种着陆速度下磁流变液的力学特性，建立适合舰载机阻拦索缓冲器分析与半主动控制的力学模型，通过一定的控制策略使磁流变阻尼器在不同着陆速度下，冲击负荷得到最优控制，最大程度降低峰值，减轻对阻拦索和飞机的寿命以及飞行员的影响。

舰载机拦阻缓冲系统是舰载机安全着舰的重要保障，拦阻缓冲形式及方法研究一直是舰载机拦阻系统的研究热点，如何降低拦阻系统重量，有效提高拦阻效能，保障拦阻系统安全具有重要的现实意义。当前舰载机拦阻系统采用液压拦阻装置，由于需要大功率动力源，同时液压主动控制系统一旦断电，就会出现舰载机着舰的安全隐患等。因此项目提出采用磁流变智能阻尼器替代传统液压型冲击吸收器。项目针对提出的面向舰载机拦阻系统，构建缓冲拦阻力学模型及状态方程，并进行缓冲拦阻控制算法研究。主要内容包括以下几个方面：. 由于舰载机磁流变冲击拦阻系统研究国内外还没有相关文献报道，项目以美国MK7-3型液压缓冲式拦阻系统为研究对象，提出用磁流变拦阻缓冲装置替换液压拦阻系统的方法以及磁流变拦阻装置的结构形式。鉴于磁流变阻尼模型到目前为止还没有完全统一的定义，文中通过自制的磁流变特性试验平台，结合模型参数及变量的阶次，完成基于Bingham塑性模型的磁流变阻尼器力学模型参数及变量阶次的辨识工作。针对现有液压拦阻系统存在的问题，建立了一种改进的舰载机对中拦阻系统力学模型及求解方法，避免了传统模型出现的拦阻峰值过高等缺点；针对构建的舰载机着舰阻拦力学模型，提出其状态方程的构建方法。对于提出的舰载机磁流变阻拦索滑轮缓冲系统，分别采用模糊控制和最优控制算法，完成了基于磁流变滑轮缓冲装置的舰载机着舰阻拦缓冲控制，并且与液压式滑轮缓冲装置着舰拦阻系统进行了仿真对比，验证了提出的磁流变滑轮缓冲装置能够有效削弱舰载机阻拦系统所受的冲击负荷，降低阻拦索拦阻拉力的峰值。同时针对阻拦机拦阻缓冲控制系统，同时采用模糊PID以及滑模控制算法进行研究，完成了舰载机磁流变着舰拦阻缓冲系统的半主动缓冲控制。针对滑模控制抖动抑制问题，提出了防抖控制解决方法，并对提出算法的有效性进行验证。. 结合研究内容，申请发明专利二项；已获授权实用新型专利一项；发表研究论文21篇。研究成果对其他冲击场合的磁流变拦阻缓冲系统结构及控制方法的研究也有一定的借鉴意义。